Файл: Дракин, И. И. Основы проектирования беспилотных летательных аппаратов с учетом экономической эффективности.pdf

3. 1. Оптимальная надежность деталей

Рассмотрим случай отдельных деталей, в частности радио­ электронных. Затраты на деталь можно разбить на две части. Одна часть затрат определяется минимальными затратами на производство детали, обеспечивающими функционирование де­ тали, т. е. выполнение ею целевого назначения, хотя бы с неболь­ шой надежностью. Вторая часть затрат служит для достижения определенной надежности. В процессе производства эти две группы затрат могут реализоваться одновременно или вторая группа после первой. Следовательно,

Qn= Фдо + /я (^д)-

Надежность зависит от двух основных факторов — интенсив­ ности отказов и времени работы детали. Очевидно, что затраты на повышение надежности должны идти на уменьшение интен­ сивности отказов, так как время работы детали определяется временем работы системы. Поэтому

/*(Яд ) = /*№•

Функция Д (Я) должна удовлетворять следующим условиям

/*(ДпаХ)=°. /х(0)=СО,

где Яшах — интенсивность отказов, соответствующая только за­ тратам <2до. Простейшей функцией, удовлетворяющей указанным условиям,является

Воспользуемся приведенными выше соотношениями для дета­ лей электронной аппаратуры военной промышленности СШ А и примем:

В этом случае а =0,65 QHÜ. Следовательно,

Уравнение (5. 15) при этом можно преобразовать, учитывая,

что

где т — время работы детали на ЛА. Тогда по (5. 15)

190

С учетом выражения (5. 22) получаем уравнения для Я0Пт

Решая это уравнение, находим

Для случая деталей или отдельных блоков под корнем можно пренебречь единицей, а за корнем в скобках (—1), тогда

Уравнения (5.24) и (5.25) имеют ту практическую ценность, что позволяют предъявить поставщикам деталей и блоков обо­ снованное требование к их надежности из соотношения интенсив­ ности отказов и стоимости для радиоэлектронных деталей, при­ нятого выше. В реальных условиях следует иметь это соотноше­ ние для конкретных деталей или блоков.

Пример. Определим оптимальную надежность миниатюрной радиолампы

полета 0,24 ч.

Значения интенсивностей отказов, полученные в лабораторных условиях, согласно справочнику [36] следует для ракет умножить на 400 (см. рис. 13 справочника), тогда

*Lx = 6-io-3.

По формуле (5.25) находим

ХР„Т= 1,16-10-4.

Для отработки и приемки данной радиолампы в лабораторных условиях сле­ дует иметь интенсивность отказов

Следует заметить, что для БЛА, имеющих малое время полета и не очень высокую стоимость, требования к надежности могут быть существенно ниже. Например, для БЛА «Терьер» того же класса, что и «Боумарк», но имеющего меньшие дальность и стоимость, значения исходных данных по материалам [101] и [12] следующие:

— =4,17-103, т = 0,0061 ч.

Одо

191

Принимая остальные данные, входящие в формулу (5.20), те же, что для «Боумарк», получаем

С г = 0,62.10-5 '

Эта интенсивность отказов по упомянутой выше классификации относится к стандартному военному уровню надежности.

3. 2. Оптимальная надежность БЛА

БЛА является сложной системой и его оптимальная надежпость может определяться по формуле, аналогичной (5.15), а именно

Необходимо напомнить, что в формуле (5.26) предполагается, что при изменении надежности вес БЛА не изменяется. Однако БЛА отличается от бортовых систем тем, что БЛА является со­ вокупностью различных систем, отличающихся как принципи­ альной схемой работы, так и технологическими основами их про­ изводства. В бортовой комплекс БЛА входят системы: механи­ ческие (каркас, механическое управление), гидропневматиче­ ские (топливная система, система привода рулевого управления, система привода гироскопов), газодинамические (реактивные двигатели, газодинамические приводы генераторов электриче­ ского тока, рулевого управления), электромеханические (гене­ раторы, электромоторы, коммутационные системы), электрохи­ мические (химические источники тока), электронные (автопило­ ты), радиоэлектронные (системы наведения) и др.

Все бортовые системы БЛА имеют обычно различный уровень надежности. Одни системы имеют уровень надежности 0,9999, а другие 0,9. Следовательно, общая надежность БЛА является комплексной величиной. Кроме того, и стоимости различных си­ стем различны: механические системы обычно имеют меньшие удельные стоимости, радиоэлектронные системы, а также гиро­ скопические системы имеют высокие удельные стоимости, однако механические системы имеют большие веса, чем радиоэлектрон­ ные системы.

Первые БЛА, вышедшие из производства, обычно имеют не­ высокую надежность. Например, в.статье Бутца [75] указывает­ ся, что надежность ракет-носителей к 10— 15 запуску не пре­ вышает 50%. Как видно из иностранных источников, в некото­ рых случаях надежность БЛА вначале летных испытаний бывает и ниже (см. разд. 1).

Для доведения надежности БЛА до приемлемого уровня при­ ходится делать значительное количество запусков БЛА, в процес­ се которых выявляются причины тех или иных отказов и уточ­ няются характеристики БЛА. Например, для первых вариантов

192

БРДД было проведено в СШ А следующее количество экспери­ ментальных запусков: «Титан» 1—47, «Минитмен» 43, «Поларис» А-1 — 42 [85]. Для маневренных БЛА, имеющих более слож­ ную систему наведения и подвергающихся в полете более слож­ ным атмосферным и радиоэлектронным воздействиям, потребное количество БЛА, необходимое для доведения надежности до приемлемого уровня, получается значительно больше.

Например, при отработке-БЛА класса МВ «Сислаг» (Англия) было запущено 200 снарядов. Запуск производился с корабля [112]. При отработке БЛА класса ВВ «Матра» 530 было запу­ щено 234 снаряда [131].

Анализ надежности БЛА продолжается и в процессе трени­

Отработка надежности с помощью летных испытаний требу­ ет значительного времени, а следовательно, и средств. Напри­ мер, экспериментальные летные испытания .БРБД «Першинг» проводились в течение более 3 лет. При этом было произведено 52 запуска [84].

Значительное количество экспериментальных запусков для повышения надежности и большая их стоимость (включая стои­ мость необходимого оборудования и содержания обслуживаю­ щего персонала) ведет к существенному увеличению средней стоимости одного БЛА, выпускаемого для целевой эксплуатации (предполагается, что стоимость отработки надежности расклады­ вается на эксплуатационные БЛА).

Для математического определения оптимальной надежности положим, что вылет эксплуатационного БЛА, включая и распре­

ты на повышение надежности, разложенные на эксплуатацион­

Из этого уравнения можно найти значение оптимальной надеж­ ности. Уравнение решается графо-аналитическим методом.

При выводе уравнения (5. 29) предполагалось, что после про­ ектирования и постройки первых экземпляров БЛА их надеж­

зависимость R 0пт от K R на рис. 5. 2 представлена кривой В. Здесь величина Рц. н — вероятность выполнения целевой задачи с по­ мощью целевой нагрузки без учета надежности ЛА и противо­ действия. В этом случае диапазон значений K R , при котором мож­ но повышать надежность, шире: K R <22,26.

194